Die Entropie einer verrauschten Verteilung


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Angenommen, wir haben eine Funktion so dass und ist eine Verteilung, dh . ∀ x ∈ Z n 2f:Z2n→Rf≤x≤Z n 2 f(x)=1

∀x∈Z2nf(x)∈{12n,22n,…,2n2n},
f∑x∈Z2nf(x)=1

Die Shannon-Entropie von ist wie folgt definiert: H ( f ) = - ∑ x ∈ Z n 2 f ( x ) log ( f ( x ) ) .f

H(f)=−∑x∈Z2nf(x)log⁡(f(x)).

Sei eine Konstante. Angenommen, wir erhalten eine noisy-Version von , dh wir erhalten eine Funktion so dass für jedes . Wie wirkt sich das Rauschen auf die Entropie aus? Das heißt, können wir durch eine "vernünftige" Funktion von und binden , wie zum Beispiel: oder sogar für einige Konstanten .ϵ f ( x ) ˜ f : Z n 2 → R | ˜ f ( x ) - f ( x ) | < ϵ x ∈ Z n 2 H ( ˜ f ) ϵ H ( f ) ( 1 - ϵ ) H ( f ) < H ( ˜ f ) < ( 1ϵϵf(x)f~:Z2n→R|f~(x)−f(x)|<ϵx∈Z2nH(f~)ϵH(f)

(1−ϵ)H(f)<H(f~)<(1+ϵ)H(f),
(1−ϵcn)dH(f)<H(f~)<(1+ϵcn)dH(f),
c,d

Bearbeiten: Um ein Gefühl für die Auswirkung von Rauschen auf Shannons Entropie zu bekommen, wäre auch jedes "vernünftige" Additiv, das an gebunden ist , sehr interessant.H(f~)

Antworten:


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Eine solche Bindung ist nicht möglich. Betrachten wir den Fall , wo die Verteilung ist , die gleichförmig über einen Teil Satz der Größe , und lassen die Verteilung sein , dass mit einer Wahrscheinlichkeit gibt ein gleichmäßig verteiltes Element von , und gibt ansonsten eine gleichmäßig verteilte Zeichenfolge aus.fS2δ⋅nf~δS

Es ist nicht schwer zu erkennen, dass Sie von nach Sie benötigen nur Rauschen von höchstens . Jedoch , während . Somit erhalten Sie eine Differenz von für ein beliebig kleines für ein extrem geringes Rauschen.˜ fff~ H ( f ) = δ ⋅ n H ( ˜ f ) ≈ ( 1 - δ + δ 2 ) ⋅ n ( 1 - δ ) 2 ⋅ n δ(1−δ)⋅2−δ⋅nH(f)=δ⋅nH(f~)≈(1−δ+δ2)⋅n(1−δ)2⋅nδ

Insbesondere können Sie und Rausch und Entropiedifferenz . ε≈n-2log(1/ε)δ=log⁡(1/ε)nε≈n−2log⁡(1/ε)


1
ϵn

Danke für die Korrektur. Ich weiß nicht, was die Antwort für eine additive Bindung ist.
— Oder Meir

0

@DanaMoshkovitz - Der Fall einer additiven Bindung ist in der Tat sehr relevant. Ich werde es der Frage hinzufügen. Vielen Dank für den Hinweis!

H(f)≠0H(f)≠0
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